3＋8×0.23ST鋼絲簾線在半鋼輕型載重子午線輪胎帶束層中的應(yīng)用

李 彤，賀惠英

（中策橡膠集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310018）

交通行業(yè)是全球第二大溫室氣體排放來源。安裝低滾動(dòng)阻力輪胎、減小整車質(zhì)量、開發(fā)更有效的動(dòng)力系統(tǒng)以及新的混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)等都可以降低車輛的燃油消耗量及二氧化碳排放量，其中使用低滾動(dòng)阻力輪胎是最經(jīng)濟(jì)、有效的解決方案之一。

隨著全球?qū)δ茉春铜h(huán)境重視程度的增大，以標(biāo)簽形式標(biāo)明輪胎性能等級已成為必然趨勢。從2012年11月1日歐盟輪胎標(biāo)簽法實(shí)施以來，越來越多的國家已經(jīng)實(shí)施或計(jì)劃實(shí)施輪胎標(biāo)簽法規(guī)，通過對燃油消耗、濕滑路面抓著力等指標(biāo)分級促使輪胎企業(yè)提高輪胎的安全和環(huán)保性能。綠色輪胎生產(chǎn)過程踐行綠色制造理念，應(yīng)用過程倡導(dǎo)綠色使用。根據(jù)強(qiáng)國目標(biāo)，到2020年我國綠色輪胎產(chǎn)量將達(dá)到子午線輪胎總產(chǎn)量的50%。輪胎帶束層使用強(qiáng)度更高、質(zhì)量更小的鋼絲簾線是綠色輪胎的解決方案之一[1]。

1 半鋼輕型載重子午線輪胎帶束層常用鋼絲簾線對比

半鋼輕型載重子午線輪胎在大負(fù)荷下使用，必須保證使用性能和壽命，同時(shí)降低油耗，還要考慮操縱性能和駕乘舒適性。帶束層是子午線輪胎的關(guān)鍵部位，對保證輪胎強(qiáng)度、剛度及其他性能等起重要作用。使用超高強(qiáng)度鋼絲簾線替代普通高強(qiáng)度鋼絲簾線用于半鋼輕型載重子午線輪胎，有助于提高輪胎使用性能，延長輪胎使用壽命，減小輪胎質(zhì)量，降低輪胎滾動(dòng)阻力[2-3]。

與全鋼載重子午線輪胎相比，半鋼輕型載重子午線輪胎帶束層用鋼絲簾線種類較少，結(jié)構(gòu)簡單，常用的鋼絲簾線品種及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下。

（1）0.365＋6×0.35HT鋼絲簾線。半鋼英制輕型載重子午線輪胎帶束層普遍采用。該鋼絲簾線直徑較大，對輪胎生產(chǎn)工藝的要求較高，如果壓延時(shí)鋼絲簾線張力控制不當(dāng)，橡膠滲透性能差。

（2）2＋7/4＋3/4＋6HT系列鋼絲簾線。輪胎企業(yè)普遍采用。該鋼絲簾線具有良好的橡膠滲透性能，但鋼絲簾線直徑較大，對輪胎生產(chǎn)工藝的要求較高。

（3）3×1ST系列鋼絲簾線。部分輪胎公司采用。該鋼絲簾線對輪胎生產(chǎn)工藝的要求較高，如果壓延時(shí)鋼絲簾線張力控制不當(dāng)，橡膠滲透性能較差。

輪胎企業(yè)一般會(huì)選用兩、三個(gè)不同強(qiáng)度等級的鋼絲簾線結(jié)構(gòu)以滿足所有生產(chǎn)要求，方便生產(chǎn)管理，但現(xiàn)有鋼絲簾線規(guī)格已無法滿足綠色輪胎發(fā)展的要求，因此鋼絲簾線結(jié)構(gòu)不斷創(chuàng)新和發(fā)展，3＋8×0.23ST鋼絲簾線應(yīng)運(yùn)而生。

本公司目前用于半鋼輕型載重子午線輪胎和大規(guī)格輕型載重子午線輪胎帶束層的鋼絲簾線為4＋3×0.35HT和2＋7×0.28HT，其最小破斷力分別為1 927和1 560 N。對于半鋼英制輕型載重子午線輪胎來說，雖然4＋3×0.35HT和2＋7×0.28HT鋼絲簾線的強(qiáng)度滿足使用要求，但因鋼絲簾線直徑大，導(dǎo)致鋼絲簾布厚度和質(zhì)量較大；對于部分規(guī)格半鋼輕型載重子午線輪胎來說，這兩種鋼絲簾線強(qiáng)度和剛度過大，會(huì)影響工藝性能。為了減小鋼絲簾布質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)輪胎輕量化，本公司與鋼絲簾線企業(yè)合作開發(fā)了3＋8×0.23ST超高強(qiáng)度鋼絲簾線，并研究其在半鋼輕型載重子午線輪胎中的應(yīng)用性能。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 原材料

3＋8×0.23ST鋼絲簾線，江蘇寶鋼精密鋼絲有限公司產(chǎn)品；4＋3×0.35HT和2＋7×0.28HT鋼絲簾線，市售品。

2.2 主要設(shè)備

四輥鋼絲簾布壓延機(jī)，意大利魯?shù)婪蚬井a(chǎn)品；鋼絲簾布裁斷機(jī)，德國Fischer公司產(chǎn)品；1216-02F型二次法成型機(jī)，北京敬業(yè)機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn)品；轉(zhuǎn)鼓式機(jī)床試驗(yàn)機(jī)，天津久榮車輪技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

2.3 性能測試

鋼絲簾線和成品輪胎性能按照相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

3 結(jié)果與討論

3.1 鋼絲簾線結(jié)構(gòu)與基本性能

3＋8×0.23ST鋼絲簾線的設(shè)計(jì)秉承了原HT帶束層鋼絲簾線的設(shè)計(jì)思路：（1）采用開放型簾線設(shè)計(jì)，形成非閉合空間，有利于膠料滲透；無捻制損失，使強(qiáng)度得以最大程度地提高；外層雖選用8根鋼絲，但留有空間利于膠料滲入芯股（見圖1）。（2）選用高強(qiáng)度材料，提高了簾線強(qiáng)度等級，同時(shí)減小了材料用量，符合綠色制造理念。（3）0.23 mm的單絲直徑是根據(jù)輪胎強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)要求決定的，3＋8×0.23ST鋼絲簾線的理論剛度為302 N·mm-2，比4＋3×0.35HT和2＋7×0.28HT鋼絲簾線的理論剛度1 031和543 N·mm-2分別降低70.71%和44.38%。

圖1 3種鋼絲簾線的滲膠截面

3＋8×0.23ST與4＋3×0.35HT和2＋7×0.28 HT鋼絲簾線的基本性能指標(biāo)見表1。

由表1可知：3＋8×0.23ST鋼絲簾線的最小破斷力比4＋3×0.35HT鋼絲簾線低327 N，可以通過增大簾布壓延密度來提高鋼絲簾布強(qiáng)度；3＋8×0.23ST鋼絲簾線直徑比4＋3×0.35HT和2＋7×0.28HT鋼絲簾線分別減小0.27和0.14 mm，可明顯減小鋼絲簾布厚度和質(zhì)量。

表1 3種鋼絲簾線基本性能指標(biāo)對比

3.2 鋼絲簾布壓延工藝性能

采用3 ＋8×0.23ST 鋼絲簾線替代4 ＋3×0.35HT鋼絲簾線，根據(jù)簾布強(qiáng)度要求，需增大鋼絲簾布壓延密度并選用相應(yīng)的壓延整經(jīng)輥與壓力輥。采用3＋8×0.23ST鋼絲簾線替代2＋7×0.28HT鋼絲簾線生產(chǎn)相同壓延密度簾布時(shí)無需進(jìn)行額外的設(shè)備調(diào)整。

由于3＋8×0.23ST鋼絲簾線直徑和剛性比4＋3×0.35HT和2＋7×0.28HT鋼絲簾線小，在壓延工藝中錠子架鋼絲簾線放線張力需進(jìn)行調(diào)整。3＋8×0.23ST鋼絲簾線單絲直徑小，放線張力隨壓延速度的變化比4＋3×0.35HT和2＋7×0.28HT鋼絲簾線敏感，壓延速度變化時(shí)要及時(shí)調(diào)整錠子架進(jìn)氣壓力，控制好鋼絲簾線放線張力。

大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明：3＋8×0.23ST鋼絲簾線平直度的變化明顯比4＋3×0.35HT和2＋7×0.28HT鋼絲簾線小，更有利于簾布的壓延、裁斷、拼接和成型定位；因3＋8×0.23ST鋼絲簾線直徑小，工字輪鋼絲簾線定長分別比4＋3×0.35HT和2＋7×0.28HT鋼絲簾線增大67%和33%，有利于提高鋼絲簾布壓延效率，降低生產(chǎn)消耗。

3.3 成品性能

3.3.1 3＋8×0.23ST替代4＋3×0.35HT鋼絲簾線用于半鋼輕型載重子午線輪胎

將3 ＋8×0.23ST 鋼 絲 簾 線 替 代4 ＋3×0.35HT鋼絲簾線用于7.00R16和7.50R16半鋼輕型載重子午線輪胎帶束層，帶束層安全倍數(shù)相當(dāng)，成品輪胎性能見表2和3。

從表2和3可以看出，3＋8×0.23ST鋼絲簾線替代4＋3×0.35HT鋼絲簾線用于7.00R16或7.50R16輕型載重子午線輪胎帶束層，成品輪胎的強(qiáng)度性能和耐久性能在同一水平，高速性能相當(dāng)或稍低（仍超過標(biāo)準(zhǔn)要求，高速試驗(yàn)的輪胎失效不是由帶束層損壞引起），滾動(dòng)阻力明顯下降，胎圈耐久性能明顯提高。輪胎在承載的情況下，帶束層剛性大會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中在冠部，輪胎胎圈上端容易發(fā)生早期損壞。

表2 7.00R16成品輪胎性能

表3 7.50R16成品輪胎性能

3.3.2 3＋8×0.23ST替代2＋7×0.28HT鋼絲簾線用于半鋼輕型載重子午線輪胎

將3 ＋8×0.23ST 鋼 絲 簾 線 替 代2 ＋7×0.28HT鋼絲簾線用于LT305/55R20輪胎帶束層，帶束層安全倍數(shù)相當(dāng)，成品輪胎性能見表4。

從表4可以看出，3＋8×0.23ST鋼絲簾線替代2＋7×0.28HT鋼絲簾線用于LT305/55R20輪胎帶束層，成品輪胎的強(qiáng)度性能在同一水平，高速性能相當(dāng)或稍低（仍超過標(biāo)準(zhǔn)要求，高速試驗(yàn)后的輪胎失效不是由帶束層損壞引起），耐久性能提高，滾動(dòng)阻力明顯下降。

表4 LT305/55R20成品輪胎性能

3.4 質(zhì)量對比

將3 ＋8×0.23ST 鋼絲簾線分別替代4 ＋3×0.35HT和2＋7×0.28HT鋼絲簾線用于輪胎帶束層，質(zhì)量對比如表5和6所示。

從表5和6可以看出，以3＋8×0.23ST鋼絲簾線分別替代4＋3×0.35HT和2＋7×0.28HT鋼絲簾線用于輪胎帶束層，帶束層質(zhì)量明顯減小。

表5 3＋8×0.23ST與4＋3×0.35HT鋼絲簾布質(zhì)量對比

表6 3＋8×0.23ST與2＋7×0.28HT鋼絲簾布質(zhì)量對比

4 結(jié)論

（1）以3 ＋8×0.23ST 鋼絲簾線替代4 ＋3×0.35HT或2＋7×0.28HT鋼絲簾線用于半鋼輕型載重子午線輪胎帶束層，在保證輪胎帶束層強(qiáng)度和支撐性能的情況下，成品輪胎的耐久性能及滾動(dòng)阻力性能良好。3＋8×0.23ST鋼絲簾線剛度小，可以改善輪胎工藝性能，提高駕乘舒適性。

（2）3＋8×0.23ST鋼絲簾線可根據(jù)輪胎帶束層的強(qiáng)度要求而設(shè)計(jì)不同密度。因其單絲和簾線直徑小，可以在保證相等覆膠厚度的同時(shí)減小簾布厚度，降低耗膠量。

3＋8×0.23ST鋼絲簾線是鋼絲簾線區(qū)分化使用、輪胎輕量化、降低輪胎生熱和滾動(dòng)阻力、節(jié)約生產(chǎn)成本的最優(yōu)選擇。目前，3＋8×0.23ST鋼絲簾線已在本公司批量應(yīng)用，輪胎市場反饋良好。